辉铜矿化学-生物溶解机制及浸出动力学进展

辉铜矿是最具生物冶金工业利用价值的含铜矿物之一,然而,其生物浸出效率仍有较大提升空间。为了更好地揭示辉铜矿的生物浸出过程,对辉铜矿化学-生物溶解机制和浸出动力学相关研究进展进行综述。系统阐述辉铜矿的晶体结构,总结辉铜矿的化学溶解机制、电化学溶解机制和生物溶解机制,讨论辉铜矿的浸出动力学以及不同浸出参数对辉铜矿浸出的影响,总结辉铜矿生物冶金在工业应用中存在的问题。尽管如此,辉铜矿生物浸出的精细过程和浸出机制仍有待进一步研究。未来可采用同步辐射等多种新型研究方法在化学-生物多学科交叉基础上探明次生硫化铜矿的精细氧化溶解机制,为辉铜矿高效环保提铜奠定基础。

可见光和银离子对p型和n型黄铜矿生物浸出的影响机理

研究可见光和银离子(Ag^(+))对嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸出p型和n型黄铜矿(黄铜矿A和黄铜矿B)的不同影响及机理。通过霍尔效应试验、生物浸出试验、X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对黄铜矿的半导体性质、生物浸出行为、表面形貌、主要物相和表面物种进行分析。实验结果表明,黄铜矿A比黄铜矿B具有更高的载流子浓度和更大的载流子迁移率,因此其溶出速率更快。生物浸出24 d后,当光照和Ag^(+)同时存在时,黄铜矿A的铜浸出率为91.05%,比黄铜矿B的铜浸出率(73.19%)高17.86%。显然,可见光和Ag^(+)对黄铜矿A生物溶解过程的促进作用强于黄铜矿B,这主要归因于黄铜矿A具有更高的载流子迁移率。此外,在光照影响下,黄铜矿表面电荷转移加快,导致Ag2S积累增多(特别是黄铜矿A),从而导致钝化层致密结构被破坏,钝化效果降低,黄铜矿溶解加速。

生物湿法冶金技术回收废弃线路板中有价金属的研究进展

随着电子工业的发展,线路板的生产量和废弃量日益增加.传统的火法回收、机械回收、湿法回收等废弃线路板的处理方法金属回收率低、成本高,且极易造成环境污染,不能很好地回收线路板中的有价金属.文中论述了采用生物湿法冶金技术通过拆解-破碎-生物浸出-后续处理4个步骤回收废弃线路板中有价金属的可行性以及该方法能够带来的巨大经济效益,介绍了常用的中温、中等嗜热、极度嗜热冶金微生物的生理生化性质.最后展望了生物湿法冶金技术在未来废弃线路板高效回收方面的应用前景.

功能基因芯片技术在生物冶金研究中的应用进展

功能基因芯片技术可快速、准确、高通量地检测和分析冶金微生物的种群结构、群落动态和功能活性,从而实现微生物生长代谢活动的实时监测和高效浸矿微生物的快速筛选.介绍了冶金微生物功能基因芯片的技术特点,以及在微生物生态学和功能学分析方面的应用情况,分析了该技术目前存在的主要问题及应用前景.

《微生物学实验》教学改革与探索

《微生物学实验》是我系本科生接触的第一门专业实验课,因此实验课开设的框架对后续实验课有很大的影响。此次教学改革目的是增强学生安全意识;培养学生独立操作仪器设备的能力;培养学生具有扎实的专业实验基础;培养学生的创新意识、提高学生的综合能力。此次改革的成果可以辐射其他实验课教学。

冶金模式微生物Acidithiobacillus ferrooxidans表面质子吸附特性的研究

为了探究生物冶金过程及矿山酸性废水中的关键微生物Acidithiobacillus ferrooxidans的表面质子吸附机理,该研究通过酸碱滴定、ProtoFit模拟、电泳迁移率测定及傅里叶变换衰减全反射红外光谱法(ATR-FTIR)系统地揭示不同能源(S0、Fe2+、FeS2)和离子强度(0.001~0.1 mol/L NaNO3)对A.ferrooxidans表面性质的影响及参与质子化/去质子化反应的关键官能团。结果表明:三位点的Donnan壳静电模型能较好地适用于分析A.ferrooxidans的表面酸碱性质;能源和离子强度均影响A.ferrooxidans的表面酸碱性质;在广泛的pH值范围内(2~10),不同能源培养的A.ferrooxidans在不同离子强度下均呈负电性;羧基、磷酸基和酰胺基是质子化/去质子化过程的关键官能团。该研究表明了A.ferrooxidans在吸附重金属方面的重要应用潜力,并对阐明A.ferrooxidans的表面质子吸附机理具有重要意义。

生物浸出过程中微生物协同作用机制的研究进展

在生物浸出过程中,不同类型的浸矿微生物相互影响、相互促进,提高各自的代谢活动,从而提高金属浸出率。综述浸矿微生物协同作用的类型铁氧化菌与硫氧化菌、自养菌与异养菌、吸附菌与游离菌以及常温菌与高温菌的协同作用以及它们之间的作用机制,并分析协同作用的研究思路及生物浸出过程中矿物的溶解途径,重点介绍协同作用的研究方法和关键代谢产物及其作用。

黄铁矿、单质硫、亚铁离子对浸矿微生物产生胞外多聚物的影响(英文)

嗜酸浸矿微生物产生的胞外多聚物(EPS)在酸性矿坑水的产生和硫化矿的浸出过程中,有着非常重要的影响,胞外多聚物(EPS)介导细胞与能源物质的接触,对有机薄膜的形成和细菌与基础物之间的相互作用起着重要的作用。对7株浸矿菌在不同能源培养物下产生的EPS的量以及EPS的化学成分进行研究,发现EPS含有化学成分糖、蛋白质、糖醛酸等,细菌的种类和能源物质对EPS的量和成分有很大影响。结果表明,以黄铜矿为能源物质的细菌产生的EPS要比以单质硫和亚铁为能源物质产生的EPS量多,EPS含量最高为(159.43±3.93)mg/g,是由Leptospirillum ferriphilum CBCBSUCSU208015在黄铁矿为能源物质下产生的。

混合高温菌浸出黄铜矿及浸出过程中微生物群落的演替

研究3株极端嗜热古菌(金属硫叶菌,Sulfolobus metallicus JCM9184;瑟杜生金属球菌,Metallosphaera sedula JCM9185和万座酸菌,Acidianus manzaensis YN25)在不同起始pH值和不同温度条件下对黄铜矿的混合浸出,并对浸矿过程中混合菌群落的动态演替进行分析。结果表明:在起始pH1.5时的铜浸出率明显高于在起始pH2.5时的铜浸出率,而65℃条件下的铜浸出率高于75℃时的铜浸出率。利用限制性长度多态性(RFLP)分析65℃、起始pH1.5条件下的微生物群落演替,结果显示:在黄铜矿的浸出前期Sulfolobus metallicus是占据优势的菌种,而到后期Acidianus manzaensis的比例则会上升,并最后取代Sulfolobus metallicus成为优势种。

混合中度嗜热微生物浸出两种不同类型低品位铜尾矿的比较研究（英文）

利用混合中度嗜热微生物浸出比较研究两种不同类型的低品位铜尾矿(酸浸尾矿和铜浮选尾矿)在浸出过程中矿物学和微生物学特征的变化。结果表明:两种尾矿的浸出行为具有很大的区别。与铜浮选尾矿相比,酸浸尾矿的浸出液中氧化还原电位较低,[Fe3+]/[Fe2+]的比例和微生物菌体密度较高,导致总铜、原生硫化铜和次生硫化铜的浸出率增加。XRD结果表明,在浸出浮选尾矿中,检测到石膏和金属有机复合物,这些物质会减缓硫化矿物的氧化过程。两种尾矿浸出过程的微生物群落变化明显:酸浸尾矿浸入过程中铁氧化菌的比例高于浮选尾矿浸出的,但硫氧化菌比例低于浮选尾矿浸出的,浸出酸浸尾矿时可以检测到F. thermophilum L1,但在浸出浮选尾矿中检测不到。

嗜酸热异养菌TC-2的分离鉴定及其对微生物浸矿的影响

从云南腾冲酸性热泉分离出一株嗜酸热异养菌TC-2。该菌呈长杆状,细胞大小为(2.0～5.0)μm×(0.3～0.5)μm,革兰氏染色反应为阴性,能形成芽孢。该菌生长温度范围为45～70℃,最适生长温度为55℃,适宜生长的pH值为1.5～4.0,最适宜生长的pH值为2.5,该菌能利用多种有机物生长。16SrDNA序列分析显示其与Alicyclobacillus sendaiensis的16SrDNA相似性大于99%。该菌自身没有浸矿作用,但对Acidianus manzaensis、Sulfolobus metallicus和Metallosphaera sedula等高温浸矿菌的浸矿有一定促进作用。

难处理含硫金精矿生物预氧化方法的强化工艺

难处理含硫金精矿的生物预氧化方法前景广阔,但是由于生物预氧化反应速度慢、氧化周期长等因素的存在,严重影响该法在实际应用中的推广。因此,研究生物预氧化技术的强化方法已成为推动该技术发展的关键因素。为达到强化目的,总结了3个方面的强化策略:首先,分析了微生物群落的组成优化,通过组合氧化能力更强的微生物群落来达到强化目的;其次,控制溶液的化学条件,以保证微生物的代谢和功能发挥;最后,对预氧化工艺进行改进,构建更高效的生化反应条件。通过这些方法,难处理含硫金精矿生物预氧化效果可望得到有效强化。

古菌生物浸出黄铜矿过程中的表观硫氧化活性表征(英文)

对4株纯的极端嗜热古菌及它们的混合菌在生物浸出黄铜矿过程中的硫氧化活性进行对比研究。结果表明,混合菌比纯菌拥有更高的硫氧化活性,它大幅度促进黄铜矿浸出率的提高。表征嗜热古菌硫氧化活性的参数值通常受很多因素的影响,以致在不同的硫氧化菌和不同的条件下生物浸出黄铜矿时,这些参数很难准确地反映出相应的硫氧化活性。因此,期待找到一种能有效表征浸矿菌硫氧化活性的方法。

高效浸矿混合菌种的筛选及其在浸矿过程中的微生物群落结构演变(英文)

为了筛选可高效浸出低品位硫化矿的混合菌株,从10个典型的硫化矿矿区的酸性矿坑水中分离富集到混合菌株。以浸出率作为筛选的主要标准,筛选后的高效菌株,利用群落基因组芯片分析混合菌群的组成和过程变化。浸矿持续进行24d后,采集自江西德兴银山铅锌矿的混合菌浸出率最高,为68.89%。群落基因组芯片结果表明银山菌群包含9种菌,可被分为6类,在浸出过程中群落始终在变化。该研究为加速浸出和了解浸出过程中群落演替提供了一个较好的方法。

含银固体废弃物催化黄铜矿微生物浸出研究

以含银固体废弃物为催化剂,采用氧化亚铁钩端螺旋菌浸出黄铜矿,分析了浸出液中铜离子浓度、体系氧化还原电位及浸出渣的物相变化。结果表明,未添加含银固体废弃物体系中,黄铜矿中铜浸出率仅为30%,而添加含银固体废弃物的体系中,铜浸出率均高于30%,最高达到80%。浸出前期,含银固体废弃物使铜浸出速率显著提升,而中期则是通过调控体系电位促使铜进一步浸出。浸渣X射线衍射结果表明,浸出过程中有大量的元素硫与黄钾铁矾生成,但这并未阻碍添加含银固体废弃物体系中黄铜矿的浸出。

黄铜矿精矿中等嗜热微生物浸出过程及其优化

采用3种中等嗜热微生物:喜温硫杆菌(Acidithiobacillus caldus,A.c)、嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferriphilu,L.f)、嗜热氧化硫化杆菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans,S.t)对黄铜矿精矿进行浸出。探讨浸出过程中的微生物生长优化及搅拌反应器浸出条件优化。微生物最佳生长条件如下:生长温度为45℃、初始p H为1.5。驯化过的浸矿细菌的生长及浸出率明显高于未驯化的,驯化后浸出率在矿浆浓度为50 g/L时达到最大,为94.00%;当矿浆浓度达到100 g/L时,铜的浸出率稳定在80%左右。搅拌反应器的最优化浸出条件如下:搅拌速度350 r/min,充气强度500 m L/min。在此条件下,对黄铜矿精矿进行浸出,浸出时间为30 d时,最终铜离子浓度为17.36 g/L,铜的浸出率为85.60%。

中度嗜热微生物作用下黄铜矿表面改性

通过分析黄铜矿表面接触角、Zeta电位和表面形貌变化,研究嗜热硫氧化硫杆菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans,S.t菌)和氧化亚铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferrooxidans,L.f菌)对黄铜矿表面性质的影响。结果表明,细菌培养基(9K培养基)对黄铜矿表面性质无明显影响,接触角稳定在黄铜矿表面接触角48°左右。两种细菌对黄铜矿表面性质影响规律相似,采用细菌摇瓶浸出时,振动条件下,矿物表面的亲水性随浸出过程逐渐增强;而在静置细菌浸出过程中,浸出初期黄铜矿表面疏水性变强,之后随浸出时间的延长黄铜矿表面的亲水性增强,推测可能是由于浸出前期黄铜矿表面生成疏水硫化物和元素硫,后期被进一步氧化分解。不同细菌作用后,黄铜矿的等电点接近细菌的等电点,说明两种细菌均能有效地吸附在黄铜矿表面。通过原子力显微镜(AFM)观察发现,黄铜矿经细菌浸出后,表面不同程度地被腐蚀,并且随着浸出时间的延长,表面腐蚀程度加剧,其中S.t菌对黄铜矿的腐蚀作用较L.f菌更强。

中度嗜热微生物浸出复杂多金属铜精矿的优化(英文)

研究了中度嗜热微生物浸出复杂多金属铜矿过程中初始pH、温度、装液量、转速、原电池效应(黄铁矿比例)和矿浆浓度的影响。结果表明,初始pH为1.5的铜浸出率分别是初始pH为1.0和2.0的实验组浸出率的1.5倍和1.4倍。当温度为45°C时铜的浸出率比温度为50°C时的高出1236.8%。随着转速的升高和装液量的降低,铜的浸出率明显提高。当黄铁矿的比例增大时,铜的浸出率也逐渐提高,但是当黄铁矿比例高于20.0%后,铜浸出率不再增加。温度和pH及温度和黄铁矿比例之间存在显著的交互作用。

嗜酸微生物生态学与矿物生物浸出技术

综述了嗜酸微生物存在的环境、生态结构和微生物多样性,以及温度、氧对嗜酸微生物的影响.总结了嗜酸微生物群落间存在竞争、捕食、共生、合作等相互作用关系,这对理解矿物的生物浸出具有重要意义.目前对嗜酸微生物生态学的理解主要基于传统的纯菌培养分离技术,但是分子生物学技术的发展提供了更科学的研究手段,将纯菌培养分离技术和分子生物学技术相结合是研究嗜酸微生物生态的有效方法.认为理解嗜酸微生物生态学规律,将有利于开发新的微生物矿物加工技术,我国有必要加强浸矿微生物生态学的研究.

废弃线路板分选尾渣微生物浸出过程中的参数优化

采用微生物浸出技术,选用4种中度嗜热浸矿菌:嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferriphilum),嗜酸喜温硫杆菌(Acidithiobacillus caldus),嗜热硫氧化硫化杆菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans)和嗜热嗜酸铁质菌(Ferroplasma thermophilum),作为混合菌回收废弃线路板分选尾渣中的金属铜。通过摇瓶浸出实验,研究混合菌在不同浓度分选尾渣中的浸出过程,并探究初始p H、初始Fe^(2+)质量浓度、培养温度及粉末粒径对铜浸出的影响;并将优化条件应用至3L搅拌槽中,实现浸出体系的扩大。结果表明:摇瓶驯化过程中,混合菌种在分选尾渣中的生长情况较好,且能实现金属铜的有效浸出;在优化参数为初始p H 1.5、ρ(Fe^(2+))1 g/L、45℃条件下的放大实验中,浸出至第7 d时,铜浸出率最高达到93.09%。